BAKROV SULFID: STRUKTURA, SVOJSTVA, UPOTREBE - KEMIJA - 2025

Bakar sulfid je porodica anorganskih spojeva čija je opća formula Cu kemija _x S _i. Ako je x veći od y, to znači da je navedeni sulfid bogatiji bakrom nego sumporom; a ako je, naprotiv, x manji od y, tada je sumpor bogatiji sumporom nego u bakru.

U prirodi prevladavaju brojni minerali koji predstavljaju prirodne izvore ovog spoja. Gotovo svi su bogatiji bakrom nego sumporom, a njihov je sastav izražen i pojednostavljen formulom Cu _x S; ovdje x može čak uzeti i frakcijske vrijednosti, što ukazuje na nestehiometrijsku krutu tvar (na primjer Cu _1,75 S).

Uzorak covellit minerala, jedan od mnogih prirodnih izvora bakrenog sulfida. Izvor: James St. John

Iako je sumpor žut u svom elementarnom stanju, njegovi izvedeni spojevi imaju tamne boje; To je slučaj i s bakrenim sulfidom. Međutim, mineralni kovelit (gornja slika), koji se uglavnom sastoji od CuS-a, pokazuje metalni sjaj i plavkastu iridescenciju.

Mogu se pripremiti iz različitih izvora bakra i sumpora, koristeći različite tehnike i različite parametre sinteze. Tako možete dobiti CuS nanočestice s zanimljivim morfologijama.

Struktura bakrenog sulfida

linkovi

Taj spoj ima izgled čemu kristalne, tako da se može odmah misli da se sastoji od iona Cu ⁺ (monovalentne bakar), Cu ²⁺ (dvovalentan bakar), S ^2- a, uključujući, S ₂ ^- i S ₂ ^{2 -} (disulfidni anioni), koji djeluju kroz elektrostatičke sile ili ionsku vezu.

Međutim, između Cu i S postoji blagi kovalentni karakter i stoga se Cu-S veza ne može isključiti. Iz tog razloga, kristalna struktura CuS-a (i svih njegovih izvedenih krutih tvari) počinje se razlikovati od one koja je pronađena ili karakterizirana za ostale ionske ili kovalentne spojeve.

Drugim riječima, ne možemo govoriti o čistim ionima, već o tome da usred njihovih atrakcija (kation-anion) postoji blago preklapanje njihovih vanjskih orbitala (dijeljenje elektrona).

Koordinacije u la covelita

Kristalna struktura kovelitita. Izvor: Benjah-bmm27.

Rekavši gore navedeno, kristalna struktura kovelita prikazana je na gornjoj slici. Sastoji se od šesterokutnih kristala (definiranih parametrima njihovih jediničnih stanica) u kojima se ioni sjedinjuju i orijentiraju u različitim koordinacijama; to su, s raznolikim brojem bliskih susjeda.

Na slici su bakarni ioni predstavljeni ružičastim sferama, dok su ioni sumpora predstavljeni žutim sferama.

Usredotočujući pažnju prvo na ružičaste sfere, primijetit ćemo da su neke okružene s tri žute sfere (trigonalna ravninska koordinacija), a druge s četiri (tetraedarska koordinacija).

Prva vrsta bakra, trokutasta, može se prepoznati u ravninama okomitim na šesterokutna lica okrenuta prema čitaocu, u kojoj je druga vrsta ugljika, tetraedar.

Kad se sada okrenemo žutim sferama, neki imaju pet ružičastih sfera kao susjeda (trokutna bipiramidna koordinacija), a drugi tri i žutu sferu (opet, tetraedarska koordinacija); U potonjem, suočeni smo s anionskim disulfidom, koji se može vidjeti ispod i unutar iste strukture kovelita:

Tetraedralna koordinacija disulfidnog aniona u covellitu. Izvor: Benjah-bmm27.

Alternativna formula

Postoji onda iona Cu ²⁺, Cu ⁺, S ^2- i S ₂ ^2-. Međutim, studije provedene rentgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS), pokazuju da je sav bakar kao Cu ⁺ kationi; i time, početni formula CuS, izražena je "bolje" kao (Cu ⁺) ₃ (S ²) (S ₂) ^-.

Imajte na umu da omjer Cu: S za gornju formulu ostaje 1, a nadalje se troškovi ukidaju.

Ostali kristali

Bakra sulfid može prihvatiti ortorombski kristala, kao polimorfa, γ-Cu ₂ S, od chalcocite; kubičan, kao u drugoj polimorfa chalcocite, α-Cu ₂ S; tetragonalni, u mineralnom anilitu, Cu _1,75 S; monoklinike, u djurleitu, između ostalog, Cu _1,96 S.

Za svaki definirani kristal postoji mineral, a zauzvrat, svaki mineral ima svoje karakteristike i svojstva.

Svojstva

Općenito

Svojstva bakrenog sulfida podliježu omjeru Cu: S njegovih krutih tvari. Na primjer, one koje su prisutne S ₂ ^2- anioni su šesterokutna strukture, a može biti bilo poluvodiča ili metalne vodiči.

Ako, s druge strane, sadržaj sumpora sastoji samo od S ^2- aniona, na sulfidi ponašaju kao poluvodiča, a također prisutne ionske provodnost pri visokim temperaturama. To je zato što njeni ioni počinju vibrirati i kretati se unutar kristala, noseći na taj način električne naboje.

Optički, iako to ovisi i o njihovom sastavu bakra i sumpora, sulfidi mogu ili ne moraju apsorbirati zračenje u infracrvenom području elektromagnetskog spektra. Ova optička i električna svojstva čine potencijalnim materijalima primjenu u različitim rasponima uređaja.

Druga varijabla koju treba uzeti u obzir, uz omjer Cu: S, je i veličina kristala. Ne samo da postoji više sumpornih ili bakrenih bakrenih sulfida, već i dimenzije njihovih kristala daju neprecizan učinak na njihova svojstva; Stoga znanstvenici nestrpljivo proučavaju i traže aplikacije za Cu _x S _y nanočestice.

Covelite

Svaki mineralni ili bakreni sulfid ima jedinstvena svojstva. Ipak, od svih njih, kovelit je sa strukturalnog i estetskog stajališta najzanimljiviji (zbog svoje iridescencije i plavih tonova). Stoga su neka od njegovih svojstava navedena u nastavku.

Molekulska masa

95.611 g / mol.

Gustoća

4,76 g / ml.

Talište

500 ° C; ali se raspada.

Topnost u vodi

3,3 · 10 ^-5 g / 100 ml pri 18 ° C.

Prijave

Nanočestice u medicini

Ne samo da se veličina čestica mijenja sve dok ne dosegnu nanometrijske dimenzije, već i njihove morfologije mogu značajno fluktuirati. Tako bakreni sulfid može tvoriti nanosfere, šipke, ploče, tanke filmove, kaveze, kablove ili cijevi.

Te čestice i njihove privlačne morfologije stječu pojedinačne primjene u različitim područjima medicine.

Na primjer, nanokauze ili prazne sfere mogu poslužiti kao nosači lijekova u tijelu. Nanosfere su korištene pomoću elektroda od ugljičnog stakla i ugljikovih nanocjevčica da funkcionišu kao detektori glukoze; kao i njegovi agregati osjetljivi su na otkrivanje biomolekula poput DNK.

CuS nanocjevčice nadmašuju nanosfere u otkrivanju glukoze. Uz ove biomolekule, imunosensori su dizajnirani od tankih CuS filmova i određenih nosača za otkrivanje patogena.

Nanokristali i amorfni agregati CuS mogu čak izazvati apoptozu stanica raka, a da pritom ne oštete zdrave stanice.

nanoznanost

U prethodnom pododjeljku rečeno je da su njegove nanočestice dio biosenzora i elektroda. Osim takve uporabe, znanstvenici i tehničari iskoristili su i njegova svojstva kako bi dizajnirali solarne ćelije, kondenzatore, litijeve baterije i katalizatore za vrlo specifične organske reakcije; Neizostavni elementi u nanoznanosti.

Također je vrijedno napomenuti da se NpCuS-CA (podržana aktivnim ugljenom i Np: Nanočestice), podržana na aktivnom ugljenu, pokazala kao sredstvo za uklanjanje boja štetnih za ljude i stoga djeluje kao pročišćivač izvora voda apsorbira neželjene molekule.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Bakrov sulfid. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov i Metodija Najdoski. (devetnaest devedeset pet). Optička i električna svojstva filmova sumpornog bakra promjenljivog sastava. Časopis za kemiju čvrstog stanja, svezak 114, broj 2, 1. veljače 1995., str. 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Nacionalni centar za biotehnološke informacije. (2019). Bakrov sulfid (CuS). PubChem baza podataka. CID = 14831. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade i Nandipha L. Botha. (2017). Sinteza, optička i strukturna svojstva
6. nanokristala bakra-sulfida iz prekursora jednostrukih molekula. Odjel za kemiju, Sveučilište u Fort Hareu, privatna torba X1314, Alice 5700, Južna Afrika. Nanomaterijali, 7, 32.
7. Suradnja: autori i urednici svezaka III / 17E-17F-41C (drugi). Bakrena sulfida (Cu2S, Cu (2-x) S) kristalna struktura, parametri rešetke. U: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (ur.) Ne-tetraedralno vezani elementi i binarni spojevi I. Kondenzirana materija Landolt-Börnstein - III. Skupina (numerički podaci i funkcionalni odnosi u znanosti i tehnologiji), vol. 41C. Springer, Berlin, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. i sur. Korejski J. Chem. Englez (2018). Primjena bakar-sulfidnih nanočestica napunjenih aktivnim ugljenom za istodobnu adsorpciju ternarnih boja: Metoda površinske reakcije. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Sinteza i biomedicinska primjena nanočestica bakrenog sulfida: od senzora do terapije. Mala (Weinheim an der Bergstrasse, Njemačka), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174